红外光谱成像技术检测纺织品上的轮胎痕迹

戴可钦，裴耀祥，姜梅，蔡能斌*

（1.上海市公安局物证鉴定中心上海市现场物证重点实验室，上海200083；2.上海市公安局虹口分局，上海200433；3.上海公安高等专科学校，上海200336）

红外光谱成像技术检测纺织品上的轮胎痕迹

戴可钦1，裴耀祥2，姜梅3，蔡能斌1*

（1.上海市公安局物证鉴定中心上海市现场物证重点实验室，上海200083；2.上海市公安局虹口分局，上海200433；3.上海公安高等专科学校，上海200336）

目的：研究一种显现和提取纺织品上潜在轮胎痕迹的光学方法。方法：利用红外成像光谱仪采集被检纺织品的光谱影像集，并运用去混合（Unmix）方法对光谱影像集进行分析和处理。结果：在被检纺织品上显现了清晰的轮胎痕迹。结论：红外光谱成像技术是检测纺织品上潜在轮胎痕迹的有效光学方法。

法庭科学；红外；光谱成像；轮胎痕迹

随着科技和社会的发展，汽车进入了千家万户。于是，利用汽车作为犯罪工具的刑事案件以及交通肇事逃逸案等也随之增加，影响了社会的稳定和发展。在这类案件中涉案汽车经常会在路面、衣着（纺织品）以及人体皮肤等客体上留下轮胎花纹痕迹。轮胎花纹具有很好的稳定性和特定性，对车辆类型和车辆信息的获得有独特作用，轮胎花纹作为车辆的“指纹”，可以为刑事案件侦查和道路交通事故处理等提供重要线索和证据。如：王震、季峻等人研究了车辆轮胎痕迹检验鉴定技术［1，2］；唐阳山、刘黎明等人研究了交通肇事案件中轮胎痕迹的应用技术［3-5］。然而，在实际案件中轮胎花纹痕迹往往受到各种现场条件（承痕客体、磨损程度、行驶状态等）的影响而显得模糊不清，甚至难以辨别，如何显现和提取这些轮胎花纹痕迹是此类案件现场勘查的重点。为此，刘汉永等人研究了立体轮胎痕迹的提取方法［6］，傅祖兴研究了运用红外反射照相技术提取尸体皮下出血形成的轮胎花纹痕迹［7］，艾玲梅等人研究了多尺度Retinex方法在车辆胎痕图像增强方面的应用［8］，郭春等人研究了基于决策分析的高椒盐噪声轮胎痕迹图像滤波方法［9］，乔丽等人研究了轮胎印痕磨损特征的归一化双阈值分割应用［10］。本文通过相关案例的实验研究，提出利用红外光谱成像技术显现和提取纺织品上的潜在轮胎痕迹，为纺织品上潜在轮胎痕迹的显现和提取提供了一种新的方法。

1 实验部分

1.1 实验仪器

Nuance SNIR（650nm-1050nm）红外成像光谱仪；Nikon 60mm镜头；HW-ZCF1000大屏幕脱影翻拍仪；POLILIGHT 500多波段光源；Nuance 3.0.1.2光谱处理软件。

图1 普通照相效果

2 讨论

①在本文的检测实验中所采用的红外成像光谱仪是Cambridge Research Instrumentation,Inc.生产的Nuance SNIR（650nm-1050nm）Multispectral Imaging System，由计算机控制的红外液晶可调波长滤光镜与红外CCD照相机连接构成，实验装置由物证载物台（脱影翻拍仪）、多波段光源、红外液晶可调波长滤光镜（LCTF）、红外CCD照相机和计算机及专用软件（Nuance 3.0.1.2）组成。在对检材（涉案衣服）进行光谱成像检验时，计算机控制液晶可调波长滤光镜在650nm-1050nm范围内依次透过10nm等间距波长的窄波段红外光，使检材（涉案衣服）在各个波段反射的红外光透过滤光镜依次到达CCD感应器，使CCD感应

1.2 实验材料

上海市公安局浦东分局刑科所送检涉案衣服一件。

1.3 实验方法

①将检材（涉案衣服）置于HW-ZCF1000大屏幕脱影翻拍仪上；

②开启POLILIGHT 500多波段光源，选择红外输出，以45°左右的入射角照射检材；

③开启Nuance SNIR红外成像光谱仪，取景调焦；

④选择红外成像光谱仪的成像波长范围为650nm-1050nm，波长步进为10nm，采集检材（涉案衣服）的光谱影像集；

⑤利用去混合（Unmix）方法对检材（涉案衣服）的光谱影像集进行分析和处理。

1.4 实验结果

图2 红外光谱成像效果

实验结果如图1、图2所示：经红外光谱成像，并用去混合（Unmix）方法对红外光谱影像集进行处理，涉案衣服表面呈现较清晰的轮胎花纹印痕。器依次记录检材（涉案衣服）在相应波段的红外亮度分布，形成红外光谱影像集。然后采用Nuance 3.0.1.2光谱处理软件的去混合法（Unmix）对该红外光谱影像集进行处理，去混合法（Unmix）根据各个像点平均亮度值分离重合的图像，获取不同物质相对单一的影像，能够使比较微弱的痕迹影像与背景之间的反差得到极大的加强，在法庭科学的实践中通常可以用来显现人眼难以分辨的微弱痕迹［11］。在本文的实验中检材（涉案衣服）上的痕迹非常微弱，人眼分辨困难，因此采用了去混合法（Unmix）对该红外光谱影像集进行处理。实验表明：采用对去混合法（Unmix）对检材（涉案衣服）的红外光谱影像集进行处理，结果在检材（涉案衣服）表面呈现较清晰的轮胎花纹印痕。

②根据对汽车轮胎成份的分析，其主要成分组成大致为橡胶50%、炭黑25%、钢丝15%、硫氧化锌和硫助剂等10%。红外光谱成像技术能够检测纺织品上的潜在轮胎痕迹，主要原因是轮胎材料中含有碳黑，而碳黑在红外光谱区具有较强的吸收峰［12，13］。现在大多数汽车轮胎材料的主要成份是天然橡胶或者合成橡胶，天然橡胶的综合性能优越过合成橡胶，所以高级轮胎多用天然橡胶。为了使橡胶具有制造轮胎所要求的性能，必须要在橡胶中渗入各不同的化学材料，即化学添加剂。其中添加的一种很重要的添加剂是碳黑，碳具有很强的吸附性，碳粒子与橡胶分子的粘结非常好，不仅使得橡胶增强了硬度，也增强了其强度和耐磨性。由于碳黑与橡胶基本等量，所以汽车轮胎主要材料实际上是一种橡胶和碳黑的复合材料。碳黑是以含碳原料（主要为石油）经不完全燃烧而产生的微细粉末。外观为纯黑色的细粒或粉状物。颜色的深浅，粒子的细度，比重的大小，均随所用原料和制造方法的不同而有差异。碳黑不溶于水、酸、碱，能在空气中燃烧变成二氧化碳。碳黑的主要组成物是碳元素，还含有少量的氢、氧、硫、灰分、焦油和水分。

③近年来，光谱成像技术在法庭科学领域的应用逐渐成为研究的热点。2004年，王桂强在国内首先报道了光谱成像技术在法庭科学领域的应用［14］，随后汪旭峰、黄晓春等人研究了光谱成像技术显现指印的应用［15，16］，暴仁等人研究了光谱成像检验法在朱墨时序鉴定中的应用［17］，连园园、汪旭峰等人研究了光谱成像技术显现掩盖及消褪字迹的应用［18，19］，黄威等人研究了光谱成像技术鉴别同色墨水的应用［20］，张小磊等人研究了光谱成像技术鉴别假币的应用［21］，陈政等人研究了光谱成像技术显现纺织物上潜血足迹的应用［22］等。本文研究基于红外光谱成像技术的汽车轮胎痕迹的显现和提取方法，并在实际案件中取得了良好的实验效果，进一步丰富了光谱成像技术在法庭科学领域的应用范畴。

3 结论

通过红外成像光谱仪获取被检纺织品（留有潜在轮胎印痕）的红外光谱影像集，采用去混合法（Unmix）对红外光谱影像集进行处理，可得到较清晰的轮胎花纹印痕。该技术为显现和提取涉车案件中衣服等纺织品上的潜在轮胎痕迹提供了一种新的方法，为相关案件的侦破工作提供了技术支撑。

［1］王震，李迪.车辆轮胎痕迹检验鉴定技术研究综述［J］.公路与汽运，2009（2）：50-53.

［2］季峻.汽车轮胎胎面磨损特征辨识和应用［J］.江苏警官学院学报，2012（5）：177-179.

［3］唐阳山，李江，闫松申.利用轮胎痕迹宽度判断肇事车型的研究［J］.辽宁工学院学报，2006，25（5）：338-340.

［4］刘黎明，张运江.交通肇事案件中物证鉴定技术的应用——轮胎痕迹和车体痕迹鉴定研究［J］.警察技术，2009（1）：49-52.

［5］唐洪.道路交通事故处理中地面轮胎痕迹作用的探讨［J］.中国人民公安大学学报：自然科学版，2004，10（3）：92-94.

［6］刘汉永，靳海涛.立体轮胎痕迹的数码照相提取［J］.铁道警官高等专科学校学报，2007，16（4）：79-81.

［7］傅祖兴.运用红外反射照相技术检出尸体皮下出血形成的轮胎花纹痕迹1例［J］.刑事技术，2002（3）：58-59.

［8］艾玲梅，乔丽，申军.多尺度Retinex方法在车辆胎痕图像增强方面的应用［J］.计算机工程与应用，2011，47（30）：192-194.

［9］郭春，艾玲梅.基于决策分析的高椒盐噪声轮胎痕迹图像滤波方法［J］.计算机工程与应用，2012（5）：171-173+200.

［10］乔丽，艾玲梅，郭春.轮胎印痕磨损特征的归一化双阈值分割应用［J］.计算机工程与应用，2012（12）：148-152.

［11］蔡能斌，刘夫军，温思博等.光谱成像及分析技术鉴别假币的研究［J］.影像技术，2013（1）：14-16.

［12］赵佳根，张金庄.傅立叶红外光谱（ATR）法无损检测轮胎橡胶［J］.辽宁警专学报，2009（5）：66-68.

［13］江山.红外光谱法用于轮胎自补液的成分分析［J］.光谱仪器与分析，2005（2）：29-30.

［14］王桂强.光谱成像检验技术［J］.刑事技术，2004（1）：7-12.

［15］汪旭峰，王文斌，李忠.运用光谱成像技术检验拍摄手印［J］.刑事技术，2009（5）：65-68.

［16］黄晓春，蔡能斌，温思博.光谱成像技术优化茚三酮显现指印的研究［J］.警察技术，2010（5）：7-9.

［17］暴仁，张淙溪.光谱成像检验法在朱墨时序鉴定中的应用［J］.中国司法鉴定，2008（5）：36-38.

［18］连园园，李伟，王桂强等.光谱成像检验同种同色涂抹掩盖字迹研究［J］.刑事技术，2011（1）：23-28.

［19］汪旭峰.利用光谱成像技术检验消退传真纸字迹1例［J］.刑事技术，2011（4）：60-61.

［20］黄威，许小京，俞涛.应用光谱成像技术鉴别同色墨水［J］.光谱实验室，2012（6）：3439-3442.

［21］张小磊，霍文彩，霍薇薇.光谱成像技术检验2005年版真伪币的实验研究［J］.湖北警官学院学报，2011（2）：104-106.

［22］陈政，刘田.运用光谱成像发现深色纺织物上潜血足迹［J］.铁道警官高等专科学校学报，2009（5）：113-115.

Detection Latent Tire Marks on Textiles by Infrared Spectral Imaging

DAI Ke-qin1,PEI Yao-xiang2,JIANG Mei3,CAI Neng-bin1*
(1.Shanghai Key Laboratory of Criminal Scene Evidence,Institute of Forensic Science, Shanghai Public Security Bureau,Shanghai200083,China; 2.Shanghai Public Security Bureau of Hongkou Branch,Shanghai200433,China; 3.Shanghai Public Security Academy,Shanghai200336,China)

Objective:Study on the new technology of revealing latent tire marks on textiles. Methods:Using the imaging spectrometer to form a data set of infrared spectral image which contains intensity and infrared spectral information of the samples.Analysis the data set of infrared spectral image by unmix method.Results:The experimental results obtained a distinct image of latent tire marks on textiles.Conclusion:Infrared spectral imaging and analysis techniques can make the latent tire marks on textiles revealed.

Forensic Science;Infrared;Spectral Imaging;Tire Mark

D918;O433.4;D918.91

B

10.3969/j.issn.1001-0270.2014.05.21

2014-03-28

“十二五”国家科技支撑计划课题（编号：2012BAK02B03）

戴可钦，男，工程师，主要研究方向：现场勘查及刑事图像技术。

*通讯作者：蔡能斌，男，高级工程师，主要研究方向：现场物证光学探测技术及特种照相。